| Effect van klimaatwijzigingen op afvoerdebieten in hoog- en laagwatersituaties en op de globale waterbeschikbaarheid |
Funder identifier: WL MOD 706/13 (Other contract id)
Period: April 2007 till October 2009
Status: Completed
Thesaurus terms Climatic changes; Flood control; High tide; Hydrodynamics; Hydrology; Low tide; Methodology; Modelling; Overturn; Rainfall; River discharge
|
|
- Vlaamse overheid; Beleidsdomein Mobiliteit en Openbare Werken; Vlaams Ministerie Mobiliteit en Openbare Werken; Departement Mobiliteit en Openbare Werken; Waterbouwkundig Laboratorium (WL), more, proposer
|
Inleiding
Deze studie onderzoekt de invloed van klimaatverandering op de neerslagafstroming, de rivierdebieten en de overstromingskansen en –risico’s voor een groot aantal hydrografische deelbekkens in het Vlaams gedeelte van het Schelde-stroomgebiedsdistrict. De studie is uitgevoerd door de Afdeling Hydraulica van de K.U.Leuven in samenwerking en met financiering van het Waterbouwkundig Laboratorium van de Vlaamse Overheid. Ze bouwt verder op de resultaten van een eerdere studie [Boukhris et al., 2006; Willems et al., 2007a, 2007b] waarbij een methode werd ontwikkeld om op basis van klimaatveranderingsscenario’s voor neerslag (waaronder extreme neerslag) en potentiële evapotranspiratie de impact door te rekenen naar rivierafvoeren en overstromingskansen. De methode werd afgestemd op de specifieke methodologie van het Waterbouwkundig Laboratorium voor het hydrologisch en hydrodynamisch modelleren van rivieren, de berekening van overstromingskansen en de opmaak van overstromingskaarten [zie Willems et al., 2000], alsook voor de berekening van overstromingsschades en –risico’s [zie Vanneuville et al., 2002]. De klimaatveranderingsscenario’s zijn afgeleid door K.U.Leuven – Afdeling Hydraulica en het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België in een onderzoeksproject rond de “impact van klimaatverandering op hydrologische extremen” (het CCI-HYDR project) voor Federaal Wetenschapsbeleid. Deze laatste studie is nog lopend tot einde 2009. De klimaatveranderingsscenario’s worden daarom nog continu bijgestuurd. De studie uitgevoerd voor het Waterbouwkundig Laboratorium heeft gebruik gemaakt van de mei 2007 versie van deze scenario’s, zoals gerapporteerd in Boukhris et al. [2007].
Methode
De impact van klimaatverandering op rivierhydrologie en –hydrodynamiek wordt doorgerekend via een combinatie van klimaatmodellering en hydrologische modellering. De methode maakt gebruik van continue lange-termijn simulaties. Gecombineerde hydrologische en hydrodynamische modellen worden voor alle bestudeerde deelbekkens doorgerekend voor zowel een referentieperiode in het verleden (de zogenaamde controleperiode 1960-1990) als voor een periode in de toekomst (de scenarioperiode 2070-2100). De invloed van de klimaatverandering (van de controle- tot de scenarioperiode) wordt ingerekend voor zowel de neerslag als de potentiële evapotranspiratie (ETo). Neerslag en ETo zijn immers de voornaamste invoervariabelen in de hydrologische modellen. Voor beide variabelen zijn klimaatveranderingsscenario’s opgebouwd. Ze zijn gebaseerd op de A2 en B2 scenario’s van het IPCC m.b.t. de toekomstige uitstoot aan broeikasgassen. De impact van deze toekomstige uitstoot op neerslag en ETo is hierbij ingeschat op basis van bestaande simulaties met regionale klimaatmodellen voor Europa. 24 simulaties met dergelijke klimaatmodellen werden bekomen via het Europese PRUDENCE project, en in samenwerking met het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België verwerkt voor Ukkel (ter hoogte van het voornaamste meteorologisch meetstation in België). Na statistische analyse van deze klimaatmodelsimulaties werden seizoensafhankelijke kwantielperturbatiefactoren afgeleid (factoren verandering in neerslag- en ETo-kwantielen van de controle- tot de scenarioperiode). Voor de uitbijters in deze factoren werd voor de controleperiode een consistentiecontrole uitgevoerd van de neerslag- en ETo-kwantielen met de historische neerslag te Ukkel, en de inconsistente factoren werden verwijderd. Op basis van de consistente factoren werden drie scenario’s weerhouden: laag, midden en hoog scenario, en dit voor zowel de gemiddelde seizoenscondities als voor de uitzonderlijke gebeurtenissen (de extremen). Ook werd de afhankelijkheid van deze scenario’s met de tijdschaal onderzocht (dag-, week-, maand- en seizoensschaal) en geëxtrapoleerd naar de uurlijkse tijdschaal. De neerslag- en ETo invoertijdreeksen van de hydrologische modellen worden overeenkomstig geperturbeerd, doorgerekend in de modellen, en de impact geanalyseerd voor uurlijkse piekdebieten (representatief voor overstromingskansen en –risico’s), uurlijkse laagwaterdebieten (representatief voor de problematiek van watertekorten), cumulatieve neerslagafstromingsvolumes, oppervlakteafstromingsvolumes en evapotranspiratievolumes. Ook word de invloed op uurlijkse piekdebieten verder doorgerekend naar overstromingskaarten en overstromingsrisicokaarten. Voor dit laatste worden de hydrologische en hydrodynamische riviermodellen verder uitgebreid met modellen voor de overstromingsgebieden, met digitale hoogte-informatie, en met modellen die overstromingskansen en -schades combineren tot overstromingsrisico’s.
Regionale analyse voor het Schelde-stroomgebiedsdistrict
De methode die in vroegere studies werd uitgewerkt en getest voor het Denderbekken is in deze studie verder toegepast op alle hydrografische deelbekkens van het Vlaams gedeelte van het Schelde-stroomgebiedsdistrict waarvoor modellen voorhanden zijn bij het Waterbouwkundig Laboratorium (WL). Deze analyse had tot doel na te gaan of de resultaten voor het Denderbek-ken ook geldig zijn voor andere streken van Vlaanderen, en of er eventuele regionale verschillen worden waargenomen.
De ingekleurde deelbekkens in de figuren zijn deze die werden doorgerekend (dus waarvoor modellen beschikbaar waren bij het WL, telkens voor de situatie 2100). De figuur met de “run-off peaks” op deze bladzijde beschrijft de invloed op uurlijkse piekafvoeren. Deze afvoeren stellen de ruimtelijk gemiddelde neerslagafstromingsdebieten voor per hydrografisch deelbekken (VHA-zone) zoals bekomen als uitvoer van de NAM hydrologisch modellen van het WL. De figuur op volgende bladzijde geeft de invloed op de uurlijkse laagwaterdebieten (op-nieuw gebaseerd op de uurlijkse neerslagafstromingsdebieten van de NAM hydrologische modellen). Bovendien gaat het om “uitzonder-lijke” waarden aangezien enkel waarden boven een bepaalde drem-pel (voor de piekdebieten) en waarden onder een bepaalde drem-pel (voor de laagwaterdebieten) beschouwd zijn (zie rapport voor meer details). De percentages die in de figuren weergegeven zijn, stellen het gemiddelde % verandering voor in piekafvoer, en laagwaterafvoer tussen het huidig klimaat (geba-seerd op de referentie- of contro-leperiode 1961-1990) en het toekomstige klimaat tot 2100 (gebaseerd op de scenarioperiode 2071-2100 voor de klimaatmodellen).
De figuren geven aan dat er regionale verschillen bestaan in de impactresultaten. De grootteordes van de impacts zijn evenwel vergelijkbaar met deze die eerder voor de Dender werden bekomen. Voor het middenscenario vertonen de piekafvoeren een kleine daling (in het laagste geval tot -14% daling t.o.v. de huidige klimaatcondities). Voor het laag scenario daalt dit percentage tot -70% in het laagste geval. Voor het hoog scenario wordt telkens een toename van piekafvoeren en van de overstromingskansen gevonden, met percentages die afhankelijk van het deelbekken tot maximaal ongeveer 35% oplopen. Oppervlakteafstromingsvolumes volgen een gelijkaardig patroon als de piekafvoeren. Evapotranspiratievolumes nemen in alle scenario’s toe (tot maximaal 17%), en laagwaterdebieten nemen in alle scenario’s af.
Men moet evenwel voorzichtig zijn met de interpretatie van de regionale verschillen, zoals gepresenteerd in de figuren. De regionale verschillen zijn immers niet enkel het gevolg van regionale verschillen in gebiedseigenschappen, waardoor hydrologische impacts van klimaatverandering variëren. Ze zijn ook het gevolg van onzekerheden en inconsistenties in de gebruikte modellen. De modellen van verschillende rivierbekkens zijn immers door andere experten opgebouwd en afgeijkt, wat subjectiviteit introduceert in de calibratie van de parameterwaarden en voor verschillen in de resultaten zorgt (ook al is de impact in werkelijkheid identiek). Om dit verder te onderzoeken werden de impactpercentages uitgezet t.o.v. de gebiedseigenschappen: topografie, landgebruik en bodemtype. Er werd bijvoorbeeld een toename verwacht van de impact op piekafvoeren voor meer verstedelijkte deelbekkens. Deze trend blijkt evenwel niet uit de resultaten. De correlatie van de impact met landgebruik en andere gebiedseigenschappen blijkt bovendien in de meeste gevallen zeer zwak te zijn. Dit doet vermoeden dat onzekerheden en subjectiviteit in de calibratie van de hydrologische NAM-modellen belangrijke factoren zijn in de verklaring van de regionale verschillen. Bij de verbanden met bodemtype en topografie worden wel logische trends gevonden: een toename van de piekafvoer bij een hoger percentage leem in tegenstelling met het percentage zand, een toename van de piekafvoer bij steilere deelbekkens (alhoewel ook hier correlaties eerder zwak zijn).
De impact op de piekafvoeren (toename in het hoog scenario, afname in het laag scenario) vertaalt zich naar overeenkomstige variaties in de uitgestrektheid van overstroomde gebieden (de overstromingskaarten) en in de grootte van de overstromingsschades en risico’s).
Aanbevelingen en vervolgtraject
Deze studie heeft nieuwe inzichten gegeven in de regionale Vlaamse effecten van toekomstige klimaatverandering op rivierafvoeren. Het is duidelijk dat bij toekomstige ontwerpen en/of maatregelen voor waterbeheer best rekening wordt gehouden met de invloed van deze mogelijke klimaatverandering (via het laag, midden en hoog scenario). Voor de toename in het overstromingsrisico zijn de onzekerheden nog zeer groot. Daarom moeten de evoluties van het klimaat de volgende jaren verder nauwgezet opgevolgd worden, en moet bij nieuwe waterbeheersingsprojecten rekening worden gehouden met de mogelijkheid om preventieve maatregelen te nemen. Vooral de verwachte problematische waterbeschikbaarheid in de zomer vraagt verdere aandacht. Om deze waterbeschikbaarheid verder onder de loep te nemen wordt vanaf het najaar 2008 een vervolgstudie uitgevoerd waarbij via ruimtelijk verdeelde hydrologische bekkenmodellen de invloed op grondwaterstanden en laagwaterdebieten in rivieren meer gedetailleerd en nauwkeuriger wordt doorgerekend. |
- Boukhris, O.; Willems, P.; Vanneuville, W.; Van Eerdenbrugh, K. (2008). Climate change impact on hydrological extremes in Flanders: regional differences. WL Rapporten, 706_13. Flanders Hydraulics Research/KU Leuven: Antwerpen. 91 pp., more
- Boukhris, O.; Willems, P.; Vanneuville, W.; Van Eerdenbrugh, K. (2008). Climate change impact on hydrological extremes in Flanders: regional differences. Subreport literature review Meuse basin. WL Rapporten, 706_13. Flanders Hydraulics Research/KU Leuven: Antwerpen. 28 pp., more
|
|
